等待队列如何实现字符设备阻塞读写

摘要

等待队列把“当前条件不满足”的进程挂起，并在设备状态改变时由另一条执行路径唤醒。对 KFIFO 字符设备而言，读者等待“FIFO 非空”，写者等待“FIFO 非满”；wait_event_interruptible() 负责睡眠和重新检查条件，wake_up_interruptible() 只负责通知，醒来的进程仍必须重新判断条件。

问题/背景

KFIFO 只管理数据，不会自动决定 FIFO 为空时 read() 应立即失败还是睡眠。实验 6-6 在 Nonblocking I/O 的基础上加入等待队列，使普通方式打开的设备具备阻塞读写语义。

读路径

if (kfifo_is_empty(&fifo)) {
	if (file->f_flags & O_NONBLOCK)
		return -EAGAIN;
}

ret = wait_event_interruptible(read_queue,
		!kfifo_is_empty(&fifo));
if (ret)
	return ret;

FIFO 为空时，普通读者进入可中断睡眠。写者放入数据后调用：

wake_up_interruptible(&read_queue);

读者被调度后重新检查 !kfifo_is_empty()，条件成立才继续复制数据。

写路径

写者的条件与读者对称：

if (kfifo_is_full(&fifo)) {
	if (file->f_flags & O_NONBLOCK)
		return -EAGAIN;
}

ret = wait_event_interruptible(write_queue,
		!kfifo_is_full(&fifo));

读者消费数据、FIFO 出现空间后唤醒写者：

wake_up_interruptible(&write_queue);

等待队列不是数据容器

等待队列保存的是等待关系，KFIFO 保存的才是业务数据。必须保证条件和等待队列属于同一个共享设备对象；否则读者可能睡在队列 A，而写者唤醒队列 B，详见共享设备状态与每次 open 私有状态如何决定进程能否互相唤醒。

中断与返回值

wait_event_interruptible() 可能因为信号返回非零值，驱动应把该错误返回给用户空间。它不是一次睡眠后无条件继续执行；宏内部会围绕入队和调度反复检查条件，避免把一次已经发生的状态变化简单遗漏。

证据与来源

实验手册 v2.0.7，第 6.6 节。
实验内核：Running Linux Kernel 5.0，ARM64，5.0.0+。
当前实现：/home/martin-zou/workspace/gcc-lab/char_mod/blockkfifo_mailbox/blockkfifo_mailbox.c。
实际验证：FIFO 为空时 cat /dev/blockkfifo_mailbox 等待；写入后 cat 被唤醒并输出数据。

关联

待验证

用信号中断一个正在等待的 read()，观察 wait_event_interruptible() 的返回值和用户空间现象。